Qué es el Mecanizado CNC:Procesos, Operaciones y Beneficios

La fabricación moderna de productos requiere procesos y técnicas que aseguren precisión y exactitud debido a la creciente complejidad del diseño del producto. En consecuencia, existe una carrera por el desarrollo y la innovación en las técnicas de fabricación, especialmente la introducción de la automatización.

Debido a la automatización, el mecanizado CNC es un proceso de fabricación común conocido por su precisión, exactitud y capacidad para el diseño de productos complejos. Este artículo discutirá los conceptos básicos del mecanizado CNC, su proceso, aplicación y beneficios.

¿Qué significa control numérico por computadora (CNC)?

El control numérico por computadora (CNC) implica controlar una máquina herramienta utilizando una microcomputadora conectada a la herramienta. La microcomputadora puede hacer esto respondiendo a un lenguaje de programación llamado código G y código M, que contiene instrucciones sobre parámetros de mecanizado como la velocidad de avance, la velocidad del husillo, la herramienta de corte y el flujo de refrigerante.

Luego, la microcomputadora transmite las instrucciones a la máquina herramienta. Por lo tanto, el mecanizado CNC no requiere operación manual, lo que lo hace adecuado para crear piezas sin errores, independientemente de la complejidad del diseño del producto.

¿Qué es el mecanizado CNC?

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo que consiste en eliminar parte de una pieza de trabajo utilizando instrucciones de un modelo CAD para fabricar un producto. La máquina CNC elimina partes de la pieza de trabajo mediante operaciones de mecanizado como torneado, taladrado o fresado, de acuerdo con los códigos (código g y código m) obtenidos del modelo CAD y que contienen instrucciones sobre los parámetros de mecanizado.

El proceso de mecanizado CNC es compatible con muchos metales, plásticos, madera y materiales compuestos. Junto con los procesos de fabricación aditiva y formativa, como la impresión 3D y el moldeo por inyección, constituye un proceso básico de referencia para la fabricación de piezas. Sin embargo, el mecanizado CNC tiene algunas ventajas sobre estos métodos, como una alta tolerancia. Sigamos leyendo.

4 pasos principales para el proceso de mecanizado CNC

Hay cuatro pasos básicos para el mecanizado CNC, sin importar su proceso de mecanizado CNC. A continuación se muestra un procedimiento paso a paso sobre cómo funcionan generalmente:

Paso 1:preparar un modelo CAD

Esto implica crear un diseño de modelo 2D o 3D del producto. Hay mucho software adecuado para el proceso, y los más populares son AutoCAD y SolidWorks. Además, es posible convertir diseños 2D en diseños 3D según los requisitos del producto.

Aunque algunos diseños de productos pueden ser simples, preparar algunos modelos CAD puede requerir conocimientos avanzados, especialmente diseños de productos complejos.

El modelo CAD debe diseñarse correctamente y mostrar sin esfuerzo al operador características críticas como tolerancia, líneas de construcción, roscas y otros parámetros para una operación de mecanizado eficaz.

Paso 2:Conversión a formato compatible con CNC

Las máquinas CNC no entenderán el modelo CAD. Por lo tanto, debe transformar el modelo CAD a un formato compatible con CNC para que la máquina pueda interpretarlo. Para este paso, puede usar software CAM como AutoCAD, Fusion 360 u otros servicios de software en línea.

Este software puede convertir a un formato compatible con CNC e instruirá a la máquina CNC sobre los parámetros. Tales como movimiento rotacional y lineal, secuencia de corte, trayectoria, pieza de trabajo, velocidad de la máquina, etc., asociados con la operación de mecanizado.

Paso 3:Ejecución de la configuración

Esto implica elegir el tipo correcto de máquina CNC y configurar ciertas operaciones antes de que comience la operación de mecanizado. La selección de la máquina correcta depende de la pieza de trabajo, la complejidad del diseño del producto y el costo. Posteriormente, la pieza de trabajo se monta en la máquina.

Paso 4:Mecanizar la pieza

El operador conectará las herramientas de corte necesarias y comenzará el proceso. El proceso está automatizado y se ejecutará hasta que el programa de computadora lo considere completo. Durante y después del proceso de mecanizado, los maquinistas realizarán varios niveles de inspección para garantizar la calidad.

El importante papel de los maquinistas en el mecanizado CNC

Aunque el proceso de mecanizado CNC está automatizado, hay maquinistas CNC para atender fallas anticipadas e imprevistas. A continuación se muestran las funciones importantes de los maquinistas CNC:

• Encuentre las especificaciones del producto.
• Lee planos, bocetos y archivos CAD/CAM.
• Cree modelos CAE.
• Alinee y ajuste las herramientas de corte y otros materiales de la máquina.
• Instalar, utilizar y desmontar máquinas herramienta CNC.
• Observe la velocidad de la máquina.
• Inspeccione y pruebe los productos terminados en busca de fallas.
• Asegúrese de que una pieza esté alineada con el modelo CAD.

Tipos de máquinas CNC

Cada proceso de mecanizado CNC tiene su máquina. Por ejemplo, las máquinas para fresado CNC se denominan fresadoras CNC, y las de torneado CNC se denominan tornos CNC. Sin embargo, el tipo de máquinas CNC es más del eje en el que se pueden mover y girar. Estos son los más comunes utilizados en la fabricación de piezas:

Máquinas CNC de 2 ejes

Las máquinas CNC de 2 ejes pueden mecanizar una pieza solo en los ejes x y z, es decir, vertical y horizontalmente. Por lo tanto, son las máquinas CNC más simples utilizadas en la fabricación de piezas.

Máquina CNC de 3 ejes

Las máquinas CNC de 3 ejes dan un paso más adelante que las máquinas CNC de 2 ejes, ya que pueden moverse en los ejes x, y y z. Son las máquinas más comunes utilizadas en el mecanizado CNC. Sin embargo, puede haber una limitación en la capacidad de mecanizar piezas con diseños complejos. Esto se debe a su falta de rotación.

Máquinas CNC de 4 ejes

La máquina CNC de 4 ejes tiene un husillo que puede desplazarse a lo largo de los tres ejes. En términos simples, la máquina puede subir y bajar, de lado a lado, de adelante hacia atrás y rotar a lo largo de los ejes X y A. Todo esto sucede sin que la pieza de trabajo se mueva. Son las máquinas CNC más comunes utilizadas en el mecanizado de piezas complejas debido a su velocidad, precisión y exactitud.

Máquinas CNC de 5 ejes

Una máquina CNC de 5 ejes tiene un husillo y una herramienta de corte que pueden moverse de manera similar a la máquina de 4 ejes. Sin embargo, a diferencia de la máquina de 4 ejes, pueden rotar a lo largo de dos de los tres ejes. Se consideran las máquinas CNC multieje más completas debido a su capacidad para acercarse a la pieza de trabajo desde todas las direcciones sin reposicionamiento manual durante el mecanizado. El mecanizado CNC de 5 ejes permite operaciones perfectas de precisión y piezas complejas

3 softwares de soporte comunes para mecanizado CNC

Según los requisitos del proceso de mecanizado CNC, cada mecanizado utiliza uno o más de los programas que se enumeran a continuación:

1. Software CAD

El software CAD permite al operador producir modelos 2D y 3D de componentes físicos utilizados en el diseño y fabricación de productos. Aparte de eso, funcionan proporcionando datos de diseño a los fabricantes. Los ejemplos incluyen AutoCAD (2D y 3D), Inventor (3D), Blender y SketchUp.

2. Software CAM

El software CAM es adecuado para crear códigos G a partir de modelos CAD para esas máquinas CNC de control. En consecuencia, una máquina CNC tiene automatización. Los mejores ejemplos incluyen Fusion 360, SolidWorks y AutoCAD.

3. Software CAE

El software CAE permite a los diseñadores de productos imitar el rendimiento de un producto previsto. En consecuencia, pueden mejorar los diseños de productos y ayudar a los ingenieros a resolver problemas relacionados con la ingeniería. Los ejemplos incluyen análisis de elementos finitos, dinámica multicuerpo y dinámica de fluidos computacional.

Diferentes tipos de operaciones de mecanizado CNC

El mecanizado CNC comprende varias técnicas que involucran la eliminación sustractiva de parte de una pieza de trabajo para hacer el producto deseado. Sin embargo, el estilo de eliminación depende del proceso. Las operaciones de mecanizado CNC comunes utilizadas en la fabricación de piezas incluyen:

Perforación CNC

La perforación CNC implica el uso de una herramienta de corte giratoria para crear orificios cilíndricos en una pieza de trabajo estacionaria. Es una importante operación de mecanizado CNC que se utiliza para fabricar productos que necesitan ensamblaje de piezas.

Fresado CNC

El fresado CNC es la operación de mecanizado más común que implica el uso de una herramienta de corte que puede girar y moverse a lo largo de los ejes para eliminar material de una pieza de trabajo. La facilidad de corte depende de la sofisticación de la máquina CNC.

Torneado CNC

El torneado CNC es una operación de mecanizado que consiste en rotar un producto mientras lo alimenta a una herramienta de corte producida para fabricar la pieza mecanizada.

Otras Operaciones de Mecanizado

• Molido
• Brochado
• Lapeado
• Aserrar
• Afilado

Materiales compatibles con mecanizado CNC

–Metales :cobre, aleaciones de acero inoxidable, titanio, latón, aleaciones de aluminio, acero, magnesio, etc.

–Plásticos :acetal, PEEK, policarbonato, nylon, acrílico, PVC, polipropileno, etc.

–Compuesto :epoxi, fenólicos, fibra de vidrio y fibra de carbono.

–Madera :madera dura y madera contrachapada.

–Espuma: espuma rígida y tallada.

El mecanizado CNC es compatible con muchos materiales. Sin embargo, antes de elegir un material CNC, tenga en cuenta lo siguiente:

• Dureza
• Propiedades mecánicas
• Funciones parciales
• Tolerancia dimensional
• Temperatura de funcionamiento
• Coste

¿Cuáles son los beneficios del mecanizado CNC?

El mecanizado CNC tiene amplias aplicaciones en la fabricación de piezas industriales debido a varias ventajas. A continuación se presentan algunos beneficios del proceso sobre otras operaciones de fabricación.

Exactitud y Precisión

El mecanizado CNC es preciso, lo que permite a los fabricantes de productos fabricar piezas de acuerdo con el diseño previsto. Aparte de eso, tiene alta precisión y tolerancia; por lo tanto, puede fabricar diferentes lotes de un producto sin perder precisión. Además, al ser un proceso automatizado, se reducen los errores durante el mecanizado.

Rápido y Eficiente

Puede obtener una pieza mecanizada CNC en unos pocos días. Por lo tanto, es la eficiencia de producción. Sin embargo, la velocidad y la eficiencia dependen del tipo de máquina CNC y de la complejidad del producto.

Relación de costes

El mecanizado CNC tiene un alto costo de inversión inicial. Sin embargo, tiene un menor costo operativo. Aparte de eso, la alta tasa de producción, el error humano mínimo o nulo y el bajo costo de producción aumentan su rentabilidad. Además, para la mayoría de las operaciones de mecanizado, se requiere menos capacitación y la capacitación está más disponible en línea.

Mejores capacidades

La mayoría de las máquinas CNC pueden llevar muchas herramientas para diferentes propósitos. Aparte de eso, tienen un software sofisticado que les permite trabajar en diferentes productos y piezas de trabajo complejas. Por lo tanto, tienen capacidades mejoradas y compatibilidad con piezas de trabajo de diferentes tamaños, formas o texturas.

Amplia gama de materiales compatibles

Las operaciones de mecanizado son compatibles con una gran base de materiales. Los ejemplos comunes son metal, plástico y compuesto.

Procesos de fabricación alternativos al mecanizado CNC

El mecanizado CNC es un proceso versátil ampliamente aceptado en la fabricación de piezas y productos. Sin embargo, a veces puede que no sea el mejor método. Aquí hay varios métodos alternativos que puede considerar:

Impresión 3D

La impresión 3D es un proceso de fabricación aditiva que consiste en fundir, depositar y solidificar un material siguiendo las instrucciones de un modelo CAD o 3D digital. Al igual que el mecanizado CNC, está automatizado. Sin embargo, a diferencia del mecanizado CNC, es más adecuado para un diseño simple.

Moldeo por inyección

El moldeo por inyección es un proceso de fabricación de plástico que consiste en fundir e inyectar material en un molde preparado y dejar que se solidifique. Funciona utilizando el mismo mecanismo que otros procesos de fabricación, como el moldeo por soplado, el sobremoldeo y el moldeo por inserción. Es una parte importante de la fabricación en masa de productos.

Fundición a presión

La fundición a presión es similar al moldeo por inyección. Sin embargo, es adecuado para metales como el aluminio. Implica fundir el metal e inyectarlo en un molde preparado. El método de inyección puede ser bajo o alto, dependiendo de la calidad del producto.

Una breve historia del mecanizado CNC

Antes de la era electrónica, los diseñadores creaban piezas a mano o con máquinas operadas manualmente. Los procesos de fabricación utilizados en esta etapa están limitados en exactitud, precisión, idoneidad para productos complejos y, lo que es más importante, producción en masa de productos. Como resultado, hubo investigación y desarrollo para introducir nuevos procesos de fabricación.

El primer vistazo al control numérico fue cuando John T. Parsons, en colaboración con el MIT, desarrolló las máquinas de control numérico en la fabricación de piezas en la Fuerza Aérea de EE. UU. en la década de 1940. Estas máquinas permiten a los fabricantes controlar un conjunto de herramientas utilizando instrucciones de tarjetas perforadas. Sin embargo, todavía carecen de toda la automatización. En consecuencia, se utilizaron con operadores presentes.

Con la invención de computadoras más rápidas, la máquina CNC comenzó a usar códigos digitales en lugar de tarjetas perforadas para controlar las máquinas herramienta. El mecanizado CNC puede producir piezas con mayor rapidez y precisión que el sistema de mecanizado anterior.

Conclusión

El mecanizado CNC es un conjunto de procesos ampliamente aceptado en la fabricación de piezas y productos debido a su exactitud, precisión y tolerancia. Por lo tanto, facilita a los diseñadores y fabricantes de productos crear productos de diferente complejidad.

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Preguntas frecuentes

¿Qué son el código M y el código G?

Por un lado, los códigos G son un conjunto de códigos que instruyen a una máquina CNC sobre cómo moverse. Por otro lado, M-code realiza las operaciones que no son de corte de la máquina.

¿Cuáles son los principales retos del mecanizado CNC?

La personalización no es particularmente fácil con el mecanizado CNC. Los maquinistas deben modificar los archivos CAD en el paso inicial para realizar ajustes menores en los productos terminados. Además, la mejora tecnológica permite que solo un operador experto escriba los programas.

¿En qué industrias se utiliza el mecanizado CNC?

El mecanizado CNC tiene aplicaciones en muchas industrias manufactureras. Las industrias comunes que adoptan el proceso de fabricación incluyen la automotriz, aeroespacial, militar, de defensa, marina y médica.

¿Cuáles son las terminologías en el mecanizado CNC?

Las terminologías comunes en el mecanizado CNC incluyen:

-CAD:Software Asistido por Computadora
-CAM:Fabricación asistida por ordenador
-CAE:Ingeniería Asistida por Computador
-DNC:Control Numérico Distribuido
-G-code:Códigos Geométricos
-Código M:Códigos de máquinas misceláneos

¿Cuáles son las tendencias en la industria del mecanizado CNC?

Las tendencias en la industria del mecanizado CNC incluyen la automatización completa del procedimiento, la adición de más ejes a las máquinas CNC y el desarrollo de más funciones para una fácil personalización.